焦家川黄河大桥改造及盖梁更换施工工艺.pdf

59石材2023年8 期常SHICAI技术施二材焦家川黄河大桥改造及盖梁更换施工工艺敏海涛，孔鹏盛（甘肃省临夏公路事业发展中心，甘肃临夏7 3 1 1 0 0）1桥梁概况G309线焦家川黄河大桥横跨黄河，位于八盘峡水电站库区内（水深达到9.8 m），原桥于1 97 5年8 月竣工通车，按照荷载等级为汽-1 5，拖-8 0 设计，上部结构为8 3 3 m预应力混凝土T型简支梁（建筑高度平均为184cm）；下部结构为埋置式桥台，重力式墩，扩大基础，桥宽组合为2 1.0 m（人行道+护栏）+8.0 0（行车道）=1 0.0 m，桥梁全长2 6 9.4 m。截止改造前，该桥已运营服役4 6 年之久，主要存在病害为T梁接缝处局部渗水、伸缩缝顶死、重车通过时桥梁震动明显、主要承重构件多处锈胀剥落、盖梁多处存在竖向裂缝、桥墩水位变动区存在水蚀等病害。2改造方案由于焦家川黄河大桥运营时间较长，沿线重载车辆较多，原桥已难以满足路线车辆荷载，根据桥梁技术状况评定结果及交通运输部印发的关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见，对二级及以下普通国省干线公路中设计荷载等级为汽-1 5级及以下的桥梁，须开展公路危旧桥梁改造行动，受限于该桥上部结构形式及原设计荷载等级，该桥上部结构已无提升荷载空间且根据检测结论及计算结果，原桥下部结构现状较好，可改造利用。因此，该桥改造方案确定为：拆除原桥上部结构及墩（台）帽，重新修筑钢筋混凝土墩（台）帽，更换上部结构为3 3（3 5边跨）m预应力混凝土连续箱梁，拆除原混凝土盖梁后更换为钢盖梁，对外部松散混凝土进行清理，并设置玻纤套筒防护，玻纤套筒与原墩身间采用环氧灌浆料填充。3拆除方案的选择与优化3.1拆除方案的选择用的桥梁的拆除一般有三种方式：爆破法、机械拆除法、绳锯静态切割+架桥机移出法。（1）爆破法。由于近年来国家加强了环保要求，雷管和炸药的审批到了严苛的地步，而焦家川黄河大桥又位于黄河八盘峡库区水源地保护区内，且500m范围内有临近村镇，故爆破法不适合于本项目。（2）机械拆除法。适用于无通航河流，拆除施工对桥下没有影响。桥下有足够的空间清理建筑垃圾，塌落引起的震动对周围建筑没有影响。机械拆除法更容易控制，但该桥位于八盘峡库区，水深达到9.8m，掉人黄河的弃渣无法捞出，为保护水源地且通航的需要，本项目不适合采用机械拆除法。（3）绳锯静态切割+架桥机移出法。采用液压移动式绳锯对墩顶负弯矩位置桥面铺装连续和纵向湿接缝位置进行割断，采用1 6 0 t双导梁架桥机吊起旧T梁，运梁车运输至废弃场破碎处理，将弃渣倾倒至建筑垃圾场。由于绳锯静态切割后采用架桥机移出法，对桥台的损伤较小，且满足通航和保护水源地不受污染的优点，故焦家川黄河大桥盖梁拆除方案采用绳锯静态切割+架桥机移出法。3.2拆除方案优化原桥梁盖梁拆除方案采用绳锯静态切割+架桥机移出法时，因原桥单跨达3 3 m，盖梁拆除及架设时架桥机作业以3 跨为一个单元，架桥机选型时必须考虑长度1 0 5m，额定起重量3 0 0 t的架桥机，才能满足施工需要，施工成本、施工难度及工艺要求较高。由于在拆梁作业时，原桥沥青路面和水泥混凝土铺装层已挖除，减小了原桥桥面的承载能力，为切实提高安全性，借鉴“青海省循化乙麻目黄河大桥”采用钢管临时支墩的施工经验，及焦家川黄河大桥临时钢管桩结构体系验算结果，焦家川黄河大桥也拟采用增加作者简介：敏海涛（1 97 2 一），男，甘肃省临夏市人，高级工程师。主要从事公路养护工作60STONE2023No.8STONE工技术施二石材钢管桩临时支墩作为架桥机的临时支撑点。即在纵桥向离墩柱外缘3 m，第二排距离墩柱5m，横桥向两桩中心距为6 m的位置利用振动设备沉入钢管桩，设置临时墩。将原设计中架桥机拆除两跨后增设过渡支腿，利用过渡支腿吊装处于架桥机边跨边梁（最重荷载）的方法，变更为传统的逐跨吊装、逐跨过孔方式，以实现旧T梁、盖梁逆向全部拆除后，再依此顺向吊装钢盖梁、新箱梁及混凝土吊装浇筑等工序，极大程度的减小了施工难度节约了施工成本。4钢管桩临时支墩4.1设置原则根据原桥技术档案，焦家川黄河大桥墩柱中心距基础襟边的距离最大处为2.5m（只有1 个桥墩，其余均小于2.5m），桥墩宽度为1.8 m，钢管桩边缘距原桥混凝土墩柱为3 m，即3 m+1.8m/2=3.9m，钢管桩离桥墩基础襟边3.9m2.5m，钢管桩施工对桥墩处地基1 m范围有扰动，不会破坏桥梁基础的稳定。施工时，在远离桥墩位置，进行钢管桩沉入试验，以确定最大沉入深度，竖直度保证措施是否得当，安全保证措施是否满足施工需要等方面的参数。参数确定后拆除原桥面铺装后，按照临时支墩桩位布置图，从原1 号桥墩纵向湿接缝位置依此打开出800mm的孔洞，采用型号为DZJ-120型振动锤将焊接好的630mm，厚度1 0 mm螺旋管逐孔振沉成桩，作为临时支撑墩墩柱。其中第1排临时支撑墩墩柱纵桥向离原桥梁墩柱外缘3 m，第2排临时支撑墩墩柱距离原桥梁墩柱5m,横桥向两临时支撑墩墩柱中心距为6 m。钅钢管桩临时支墩示意见图1。4.2主要工艺及措施（1）钢管桩的加工与制造。每根临时墩钢管桩接桩采用现场焊接方式，焊接后每根长2 5m，焊接时要确保相邻的钢管桩接头错开，避免发生应力集中，并避免处于局部冲刷线附近。（2）钢管桩的运输。钢管桩每根长度初步设定为2 4 m，由2 根6 3 0 mm螺旋焊接管组成，构件运输最大长度1 2.0 m，构件单重为1.5t。构件在出厂前标上重量、重心和吊点的位置，以便吊运和安装，钢管桩的运输利用平板车运至施工现场，见图1 所示。架桥机400mm工字钢200mm槽钢原染体原桥墩一水位线630mm钢管桩图1 钢管桩临时支墩示意图（3）钢管桩下沉施工方法。钢管桩下沉采用振动沉人法施工，在钢管桩桩顶下方约1 0 cm处对称开两个6cm的孔，然后对该孔进行适当的打磨，以利于卡环的卡扣，在吊桩时，钢丝绳配卡环卡扣在已打好的6cm孔内，卡环吊住桩顶徐徐上升，直至该桩垂直。再用吊车配合1 2 0 t振桩锤施打钢管桩。吊车停放在凿除桥面铺装的主跨桥面，吊装导向支架，利用导向支架精确打入临时墩基础钢管桩，测量组确定桩位与桩的垂直度满足要求后，在钢管桩施工前，在施工放样的点位将导向支架放至点位上，在桥面根据槽钢上预留的螺栓位置打孔，设置2 0 mm的化学锚栓，锚固混凝土深度1 5cm，在紧螺栓同时利用水准仪测量，高程误差控制在2 mm之间，吊车配合1 2 0 t振桩锤夹具将钢管桩夹紧后吊起，同时设置钢丝绳二次保险措施，防止夹具松动使钢管下落伤人。锤击原则：打桩初时，起锤激振力应较小，通过观察桩身、振动锤等中心轴线一致后，方可转人正常施打，以避免偏心振动。振动沉桩过程中，起先采用激振力低振，在桩由软土层进人硬土层时，应改用高振动力；快至设计桩顶标高时，应按使用高激振力档位施工，以确保桩的承载力在设计要求的停锤贯人度下达到设计承载力，无特殊原因，振动要保持连续，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力。（4）垂直度要求及保证措施。待钢管吊起稳定后，插导向支架的圆孔，徐徐下落至水面以下土层石材2023年8 期61SHICAI技术施二材后，不再下沉时，利用垂线或全站仪对竖直度进行检测，考虑钢管桩受水流、地层不均匀性、飘石等不利因素在沉人桩过程中造成钢管桩不同程度的倾斜，通过模型计算，并根据焦家川黄河大桥临时钢管桩结构体系验算结果，考虑2 倍的安全系数，最终钢管立柱的柱顶最大偏移量不能超过1 4 3.5mm。施工时竖直度控制在0.5%S以下，即控制偏移量为1 4 3.5mm以内，若出现偏差及时纠偏。开动振桩锤振动，在振动过程中要不断的检测桩位与桩的垂直度，发现偏差要及时纠正。每根桩的的下沉应一气呵成，中途不可有较长时间的停顿，以免桩周围振动后碎屑扰动恢复造成沉桩困难。按此方法，循序渐进的施工，每下沉5m，就对垂直度检测纠偏1 次，直至钢管沉人中风化层3 m以上，当达到验算书的深度最低要求后，持荷5min，直至桩体不在下沉为止。（5）钢管桩嵌入岩体的深度保证措施。事先利用测绳带较重的垂球测量水面至淤泥层的距离，测量结果与设计院的地质勘察报告相互印证，使数据真实可靠。待钢管桩徐徐下沉至淤泥层，采用激振力低振，在桩由软土层进入较硬层时，在钢管桩上用红油漆标注，改用高振动力，记录沉人量，测量剩余钢管的米数，即可得出钢管的准确沉人量，施工时遵循“查勘地质、保证竖直、余控制、沉人最大”的原则，直到沉人量达到3 m以上且多次重复不再下沉，连续持荷5min不再下沉为止。（6）钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶分配梁施工。一个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间剪刀撑、平联、牛腿、桩顶分配梁施工。型钢分配梁的安装通过加工不平衡吊具采用吊车在桥面安装，吊装到位后与钢管桩顶加强板点焊接成整体，焊缝厚度满足设计要求。在顺桥向设置纵向联系时，在桥墩上5.2 m以下，打孔设置8 处24mm化学锚栓，有效锚固深度为2 1 0 mm，每处4 根，与纵向法兰盘钢板焊接连接，两根钢管桩之间采用工字钢1 8 0 mm十字剪力撑，在钢管顶部设置3 榻4 0 0 1 4 51 0.5mm工字钢，支点处焊接牢固，利用纵横向4 0 0 1 4 51 0.5mm工字钢架桥机前腿放置平台，用于起吊钢盖梁5盖梁更换施工5.1分解拆除旧混凝土盖梁经测算，旧混凝土盖梁重6 0 T，机械切割分为3 块后，每根钢管桩承受荷载架桥机重量（1 6 T+旧盖梁5T+其他荷载1 T）=2 2 T，即2 2 0 kN，而验算单桩极限承载力为F=732.8kN220kN，单桩承载力满足要求。同时，为防止侧墙继续外倾，按照加筋土挡土墙的原理，在侧墙顶穿孔布置横向预应力中2 5精轧螺纹钢筋，外套钢管，钻孔埋于侧墙顶和台后填土中，待预应力粗钢筋张拉完成后将管道注浆封闭。5.2安装新钢盖梁和吊装混凝土浇筑经测算，新建钢盖梁重量为2 2.5T，每根钢管桩承受荷载架桥机重量（1 6 T+钢盖梁6 T+其他荷载1 T）=23T，即2 3 0 kN，验算单桩极限承载力F=732.8kN230kN，单桩承载力满足要求。6钢管桩临时支墩的拆除借鉴“青海省循化乙麻目黄河大桥”采用钢管临时支墩拆除的经验，钢管桩采用架桥机的天车卷扬机80T可将钢管桩直接抽拔。利用工作平台，施工人员有充足的工作空间，将钢管桩之间的焊接件与钢管桩分离，根据施工平台的设计，施工平台在与钢管桩分离时，所预埋的化学锚栓足可自行承重人员和小型机具的重量，为保证人员的安全，在新修的钢盖梁下缘焊接多个钢环，作为施工人员悬挂安全绳的卡扣的连接点，施工人员利用等离子和乙炔氧切割纵横向连接钢构件割开，逐件吊出，剩余钢管柱时，在钢管桩桩顶下方约1 0 cm处对称开两个6cm的孔，以利于卡环的卡扣，在吊桩时，钢丝绳配卡环卡扣在已打好的6cm孔内，架桥机天车的卷扬机吊住钢管桩徐徐抽拔上升，将钢管桩逐段分割，逐段装车，循环四次直至全部拆除。7钢管桩临时支墩方案优点分析（1）采用钢管桩临时支墩可配合采用QJ40m/160t架桥机，与原采用QJ105m/300t特制架桥机相比，取消过渡支腿后，（下转第8 3 页）83石材2023年8 期SHICAI质量控制材3结论综上所述，混凝土裂缝在水利水电工程中是常见问题，其成因各有不同，但都会在一定程度上影响混凝土结构和强度，影响水利水电工程质量。因此，必须加强裂缝防治技术的应用，通过优化材料选择和配比、加强温度湿度控制、加强浇筑现场管理、强化宽大裂缝处理、做好科学养护等方式，减少裂缝产生，保证水利水电工程质量。（上接第6 1 页）消除了横向移动工况下的不安全因素，同时可节约过渡支腿专项设计加工费用1 5 万元，节约架桥机2 0 m主梁标准节费用8 万元。（2）减少了旧桥的施工荷载（3 0 0 t的架桥机空载状态下自重达3 5 0 t，吊装3 5 m边跨边梁时重量达135.96t，考虑其它荷载重量1 0 t，单个架桥机过渡支腿承重考虑可变荷载高达1 1 7 t。增加临时支墩后，架桥机选型考虑QJ40m/160t的架桥机空载状态下自重为1 3 0 t，吊装3 5 m边跨边梁重量1 3 5.9 6 t，考虑其它荷载重量1 0 t，单个架桥机过渡支腿承重考虑可变荷载69t），6 9 t 1 1 7 t，优势明显。（3）经计算减少施工工期约3 个月（上接第6 4页）并与工程地质勘察报告进行对比。5结论综上所述，该桥梁桩基施工中，采用了溶洞桩基成孔技术，已安全高效地完成了整个桩基的施工。工程实践证明，该技术不但能极大地提高工程效率，而且能保证工程质量，减少安全隐患。该工程技术方案具有以下优点：（1）施工工效高：在桩基施工中，由于在遇溶洞地质前，已有针对性地制定了处治措施，减少了由于处治措施不当而浪费的时间，大大缩短了桩基成孔的时间。（2）对周边地质环境的影响小：在新建桥梁桩基施工前，对原桥基础及地质情况进行了详细的调查，对新建桥梁桩基施工可能对原桥基础造成不良影响的，进行了预注浆加固处理，保证了钻孔遇岩溶时原有桥梁的安全。（3）施工质量参考文献1海卫华.水利工程施工中混凝土裂缝的防治技术研究D.工程与建设,2 0 2 2,3 6(0 4):1 1 2 4-1 1 2 5.2】肖兵.解析水利水电工程施工中混凝土裂缝处理技术D.长江技术经济,2 0 2 2,6(S1):83-85.3张强.水利水电工程施工中混凝土裂缝的防治D.山西水利科技,2 0 2 1,(0 3):3 8-40.4杨信国.水利水电施工中混凝土裂缝的主要原因及防治技术D).中国高新科技,2 0 2 1.(1 2):1 2 3-1 2 4.5董学臣.论水利水电建筑工程施工中混凝土裂缝的防治D.工程建设与设计,2 0 2 1,(0 6):1 43-1 45.参考文献1】程叙埕，熊欢，张腾.老旧桥梁改造再利用技术D.施工技术（中英文），2 0 2 2，5 1（1 5）：2 5-2 8.2】贾卫东，宋军，邢世玲.5 2 5 m简支转连续组合箱梁桥的支座更换施工方法研究D).建筑结构，2 0 2 2，5 2（S1）：3 1 7 0-3173.3李富，黄华江，李明国.高速公路桥梁盖梁顶升施工与监测DJ.广东公路交通，2 0 2 2，48（0 6）：7 8-8 1.4】刘俊岭，杨汉彬，杨万理，等.深水大跨桥梁施工技术2 0 2 0年度研究进展D).土木与环境工程学报（中英文），2 0 2 1，43（S 1）:2 9 7-3 0 7.5】李鹏飞，高菲娟.公路桥梁施工中大直径钻孔桩施工技术D.交通世界，2 0 2 1（1 0）：1 0 0-1 0 1.6】巫容初.南彭跨线桥梁改造加固方案设计D.交通建设与管理，2 0 2 1（0 5）：1 2 2-1 2 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